综述：胶质母细胞瘤与血脑屏障细胞的相互作用 用于评估药物疗效的体外模型

《Advanced Drug Delivery Reviews》：Glioblastoma and blood-brain barrier cell interplay in vitro models for stratification of drug efficacy

　　胶质母细胞瘤（GBM）是成人最致命的脑癌，现有治疗手段效果有限，主要因血脑屏障（BBB）阻碍药物渗透。近年来，通过微流控技术、多细胞球体、生物打印等构建了多种3D BBB/GBM体外模型，以增强生理相关性和药物筛选预测性，减少动物实验依赖，符合3Rs原则，为新型抗GBM药物研发提供平台。

　　脑胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是成人中最致命的脑癌类型，其预后极差，目前尚无根治性治疗方法。尽管现有的治疗手段包括手术切除、替莫唑胺（TMZ）化疗和同步放疗，但这些方法受限于血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的存在，导致药物难以穿透至脑组织，从而影响治疗效果。BBB作为一种半渗透且高度选择性的生物屏障，能够保护大脑实质免受血液中有害物质和病原体的侵害，同时限制了药物进入大脑的效率。超过98%的潜在治疗药物无法穿透BBB，这使得GBM的复发率居高不下。因此，开发更有效的药物递送策略成为迫切需求，而现有的体外模型往往无法准确模拟BBB与GBM之间的复杂相互作用，进一步限制了新药的研发进程。

为了克服这些挑战，近年来科学家们在构建体外模型方面取得了显著进展，从简单的二维（2D）系统到复杂的三维（3D）结构。这些模型旨在提高药物测试的生理相关性和预测价值，从而加速新抗GBM药物的发现和评估。体外模型不仅能够减少对动物实验的依赖，还能符合3R原则（替代、减少、优化），提高研究的伦理标准和可持续性。本文将重点探讨最新的体外模型技术及其在抗GBM药物研究中的应用，从传统2D模型到创新的3D模型，以及它们在药物渗透性评估和疗效测试中的重要性。

2D模型通常采用Transwell?系统，其中脑内皮细胞（BECs）单层在膜上形成屏障，模拟BBB，而GBM细胞单层则在基底侧代表肿瘤。这种模型虽然结构简单、易于操作，但其在模拟复杂的体内微环境方面存在局限。例如，BECs的紧密连接在与GBM细胞共培养时可能会受到影响，从而降低屏障的完整性。此外，2D模型难以准确反映药物在体内环境中的行为，如药物对BECs紧密连接的影响以及体内复杂的生理条件。因此，尽管2D模型在制药公司中仍被广泛使用，因其较高的可重复性和可扩展性，但它们在模拟体内条件和预测药物效果方面仍有不足。

相比之下，3D模型能够更准确地模拟细胞间的相互作用以及细胞与细胞外基质（ECM）的复杂关系，从而更好地再现体内的生物结构和功能。这类模型的构建通常涉及使用微流控装置、多细胞球体培养等技术，能够提供更接近真实的体内微环境。例如，一些研究团队通过微流控技术构建了包含BECs和GBM细胞的三维模型，这些模型能够模拟体内血脑屏障与肿瘤的交互作用，并通过动态的流体流动模拟血液流动。这种技术显著提高了模型的生理相关性，有助于更准确地评估药物的渗透性和疗效。

在构建GBM的3D模型时，多细胞球体和类器官技术被广泛采用。这些模型能够更好地再现肿瘤的异质性和体内微环境，从而提高药物测试的准确性。例如，一些研究团队利用患者的GBM细胞构建了类器官模型，这些模型在模拟肿瘤生长和药物反应方面表现出较高的相似性。此外，通过生物打印技术，研究人员可以将GBM细胞和BBB相关细胞组合在一起，构建出具有复杂结构的体外模型。这种方法不仅能够模拟肿瘤与血脑屏障之间的交互作用，还能通过调整不同的生物墨水配方，实现对药物递送系统的优化。

在构建BBB的3D模型方面，研究人员采用了一系列创新技术，如利用微流控系统构建血管样结构，以及通过微流控装置中的动态流体流动模拟血液流动。这些模型能够更真实地再现血脑屏障的功能，包括其对药物的屏障作用和对肿瘤的反应。此外，一些研究团队通过将BECs嵌入水凝胶中，促进其在体内形成血管网络，从而构建出具有功能性的BBB模型。这些模型不仅能够评估药物的渗透性，还能用于研究药物对肿瘤细胞的毒性作用。

总体而言，构建能够准确模拟血脑屏障与GBM相互作用的体外模型是当前药物研发中的一个重要方向。尽管现有的技术在模拟体内条件方面取得了显著进展，但仍然存在一些挑战，如模型的可重复性、成本和复杂性。为了提高体外模型的实用性，研究人员正在探索结合人工智能（AI）和机器学习的方法，以优化模型设计和药物测试流程。这些技术能够帮助研究人员更高效地筛选和评估新药，同时减少对动物实验的依赖，提高研究的伦理标准和可持续性。

在药物测试和评估过程中，体外模型的验证和质量控制至关重要。为了确保模型的可靠性，需要在不同实验室之间进行标准化和一致性评估。此外，透明的实验记录和详细的模型构建步骤对于提高模型的可重复性和科学价值具有重要意义。通过这些努力，科学家们希望能够构建出更加可靠和有效的体外模型，从而加速抗GBM药物的研发和临床转化。

未来，随着技术的不断进步和研究的深入，构建更加接近体内环境的体外模型将成为可能。这些模型不仅可以提高药物测试的准确性，还能帮助研究人员更好地理解GBM的生物学特性，从而设计出更有效的治疗策略。尽管目前还无法完全模拟体内所有复杂的生理条件，但通过整合免疫成分、模拟血流等方法，科学家们已经能够显著提升体外模型的预测能力。这些进展为开发新的抗GBM药物提供了重要的工具，同时也为减少动物实验、提高研究的伦理标准和可持续性带来了希望。